1.【引言】
在直角坐标系中,通過解析幾何的知識和圖形的分解,可用S=(1/2)*a*h公式來求三角形的面積,在通過學習導數及微積分之後,還可以通過微積分中的定積分知識來求三角形的面積。本文将全面介紹直角坐标系中,介紹不同形狀的三角形求面積的各種方法,側重點為定積分求面積的方法,各種方法在每道題中是否是最簡單的方法要具體分析,本文将詳盡兩種不同的取微元的方式來求面積,目的是讓讀者通過總結分析,尋求最簡單的一種定積分求面積的方法。
2.【定積分求面積的公式】
一般地,由上下兩條連續曲線y=f2(x)與y=f1(x)以及兩條直線x=a與x=b (a>b)所圍成的平面圖形,它的面積計算公式為:
S = ∫(b,a)[f2(x)-f1(x)]dx.
3.求不同位置三角形的面積。
3.1.一條邊AB在橫坐标軸上,頂點C在縱坐标軸的正向情況:
如圖1所示:已知A(-3,0),B(4,0),C(0,5)
方法一:把三角形ABC分解成兩個
直角三角形OCA和OCB,用三角形的面積公式計算面積為:
S=Soca Socb
=(1/2)*OC*OA (1/2)*OC*OB
=(1/2)*5*3 (1/2)*5*4
=35/2平方單位。
方法二:利用微積分的知識求面積。
1.第一種方式是面積對x微元,即:ds=△ydx。
此時考慮到,由于AC,BC方程的不同,所以,對x取面積微元有兩種情況,即左邊的ds1=△y1dx,右邊的ds2=△y2dx,三角形面積元素ds=ds1 ds2.
以dx為積分單元
利用直線的截距式方程,分别可以寫出AC,BC的直線方程分别為:x/(-3) y/5=1,x/4 y/5=1.即:
AC:y=5[(x/3) 1];
BC:y=5[(-x/4) 1];
x軸的方程為y=0,對于ds1:△y1=(yAC-0),所以:
ds1=5[(x/3) 1]dx,x的取值為[-3,0];同理ds2=5[(-x/4) 1]dx,x的取值為[0,4].
則三角形的面積為:
S△ABC=∫ds=∫ds1 ∫ds2
=∫(-3,0) 5*[(x/3) 1]dx ∫(0,4) 5*[(-x/4) 1]dx
=5*[(x^2/6) x][-3,0] 5*[(-x^2/8) x][0,4]
=0-5*[(3/2) (-3)] 5*[(-2) 4]-0
=15/2 10
=35/2平方單位.
注:定積分上下限本題用在小括号中,前者為下限,後者為上限,下同。
(2)定積分求面積,第二種方式,對y取面積元素,即ds=△xdy。
以dy為積分單元
前面已經得到AC,BC的方程為:
AC:x/(-3) y/5=1
BC:x/4 y/5=1,此時變型為:
AC:x=3*[(y/5)-1];
BC:x=4*[1-(y/5)];
所以ds=△xdy= {4*[1-(y/5)]-3*[ (y/5)-1]}dy,y的取值為[0,5]。
則面積為:
S△ABC=∫ds
=∫(0,5){4*[1-(y/5)]-3*[ (y/5)-1]}dy
=∫(0,5)[7-(7y/5)]dy
=[7y-(7y^2/10)][0,5]
=7*5-7*5^2/10-0
=35-35/2
=35/2平方單位.
通過分析以上方法,其中方法一是初等數學方法,方法二是微積分方法。對于本題,在初等數學方法中,方法1比方法2簡單,在微積分方法中,對y微元要簡單一些。
綜上所述,用定積分來求三角形還是其他圖形的面積,要先找面積單元,面積單元有兩種形式,一種面積單元是ds=△xdy,對于△x,一般是右邊的函數減去左邊的函數,dy是要找到積分的上下限,且上限大于下限;另一種面積單元是ds=△ydx,對于△y,一般是上面的函數減去下面的函數,dx是要找到積分的上下限,也是上限大于下限。
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